Enhancement of water removal in the press section

The effectiveness of water removal on press section is very important for a paper and board machine’s functioning, efficiency and economy. Today, the most effective method for wet pressing is shoe press technology. Metso has carried out a number of studies concerning anew type of water removal method for a press section, which has also been patented. These studies include rough sketches and some test runs. These issues form the basis of this thesis. The objective of this work was to gather together information for a new and enhanced waterremoval method for a press section by studying the functioning of the device andcarrying out test runs. This method is referred to here as Hydronip. The main goal was tobuild a functional test site which fulfills all the necessary requirements and has all thenecessary information gathering devices. The design process was carried out by emphasizing the safety aspects. The goal was also to gather together information about the nip structure in running conditions, the seal function, and to carry out the nip tests with paper or board wads. This thesis consists of a theory part, the design and construction of the test site, and carrying out test runs through information gathering. The theory part consists of the principals of water removal from a press section, Hydronip construction, and the requirements for the test place. The safety aspects were taken into account especially in test runs, but also in the assembly stages. The design and construction of the test site includes the selection of equipment and surroundings that are needed for managing the test runs in the best possible way at certain premises. The test site included the equipment that was already on the premises. Some equipment could be used as it was but some equipment had to be manufactured or modified from existing equipment. A functional test site with information gathering devices was accomplished as a result of thethesis. Test runs demonstrated that the Hydronip concept is, at least on a small scale,functional. Short-term tests for seal functioning showed that the seal can be lubricatedsufficiently under different kinds of nip load situations. Wad tests demonstrated that the metal belt is durable against different sizes of external particles. The seal also endured wad tests even though the pressure impacts impaired the lubrication. MTS tests showing dry content increases, combined with a rough cost calculation and the basic function of the machine in test runs, show that with some further study Hydronip could be a promising new product for water removal from a paper or board machine’s press section.

Hammashihnajohdeakseleiden liikkeiden synkronointi

Nykyisessä valmistusteollisuudessa erilaisten robottien ja automatisoitujen tuotantovaiheiden rooli on erittäin merkittävä. Tarkasti suunnitellut liikkeet ja toimintavaiheet voidaan nykyisillä järjestelmillä ajoittaa tarkasti toisiinsa nähden, jolloin erilaisten virhetilanteidenkin sattuessa järjestelmä pystyy toimimaan tilanteen edellyttämällä tavalla. Automatisoinnin etuna on myös tuotannon muokkaaminen erilaisten tuotteiden valmistamiseen pienillä muutoksilla, jolloin tuotantokustannukset pysyvät matalina myös pienten valmistuserien tapauksissa. Usean akselin laitteissa eli niin sanotuissa moniakselikäytöissä laitteen toimintatarkkuus riippuu jokaisen liikeakselin tarkkuudesta. Liikkeenohjauksessa on perinteisesti ollut käytössä myötäkytketty paikkakaskadi, jonka virityksessä otetaan huomioon akselilla olevat erilaiset dynaamiset tilat ja käytettävät referenssit. Monissa nykyisissä hajautetuissa järjestelmissä eli moniakselikäytöissä, joissa jokaiselle akselille on oma ohjauslaite, ei yksittäisen akselin paikkavirhettä huomioida muiden akseleiden ohjauksessa. Työssä tutkitaan erilaisia moniakselijärjestelmien ohjausmenetelmiä ja myötäkytketyn paikkakaskadin toimintaa moniakselikäytössä pyritään parantamaan tuomalla paikkasäätimen rinnalle toinen säädin, jonka tulona on akseleiden välinen paikkaero.

Optimization of the refining and shoe press in board production

Optimointi on tavallinen toimenpide esimerkiksi prosessin muuttamisen tai uusimisen jälkeen. Optimoinnilla pyritään etsimään vaikkapa tiettyjen laatuominaisuuksien kannalta paras tapa ajaa prosessia tai erinäisiä prosessin osia. Tämän työn tarkoituksena oli investoinnin jälkeen optimoida neljä muuttujaa, erään runkoon menevän massan jauhatus ja määrä, märkäpuristus sekä spray –tärkin määrä, kolmen laatuominaisuuden, palstautumislujuuden, geometrisen taivutusjäykkyyden ja sileyden, suhteen. Työtä varten tehtiin viisi tehdasmittakaavaista koeajoa. Ensimmäisessä koeajossa oli tarkoitus lisätä vettä tai spray –tärkkiä kolmikerroskartongin toiseen kerrosten rajapintaan, toisessa koeajossa muutettiin, jo aiemmin mainitun runkoon menevän massan jauhatusta ja jauhinkombinaatioita. Ensimmäisessä koeajossa tutkittiin palstautumislujuuden, toisessa koeajossa muiden lujuusominaisuuksien kehittymistä. Kolmannessa koeajossa tutkittiin erään runkoon menevän massan jauhatuksen ja määrän sekä kenkäpuristimen viivapaineen muutoksen vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen sekä sileyteen. Neljännessä koeajossa yritettiin toistaa edellisen koeajon paras piste ja parametreja hieman muuttamalla saada aikaan vieläkin paremmat laatuominaisuudet. Myös tässä kokeessa tutkittiin muuttujien vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen ja sileyteen. Viimeisen kokeen tarkoituksena oli tutkia samaisen runkoon menevän massan vähentämisen vaikutusta palstautumislujuuteen. Erinäisistä vastoinkäymisistä johtuen, koeajoista saadut tulokset jäivät melko laihoiksi. Kokeista kävi kuitenkin ilmi, että lujuusominaisuudet eivät parantuneet, vaikka jauhatusta jatkettiin. Lujuusominaisuuksien kehittymisen kannalta turha jauhatus pystyttiin siis jättämään pois ja näin säästämään energiaa sekä säästymään pitkälle viedyn jauhatuksen mahdollisesti aiheuttamilta muilta ongelmilta. Vähemmällä jauhatuksella ominaissärmäkuorma saatiin myös pidettyä alle tehtaalla halutun tason. Puuttuvat lujuusominaisuudet täytyy saavuttaa muilla keinoin.

Kapearailotekniikan käyttö jauhekaarihitsauksessa

Diplomityössä tavoitteena oli tutkia kapearailojauhekaaritekniikan soveltuvuutta konepajakäyttöön ja sen vaikutusta hitsauksen tuottavuuteen sekä hitsin mekaanisiin ominaisuuksiin. Työ tehtiin vertailukokeilla, jossa koehitsaukset suoritettiin eri aineenpaksuuksille siten, että jokaiselle tutkimuksen kohteena olleelle materiaalille tehtiin yksi hitsaus käytössä olevalla jauhekaaritekniikalla, jolloin saatiin vertailukohde, johon uutta kapearailotekniikkaa verrattiin. Tulokset osoittivat, että kapearailotekniikalla 1 palko/palkokerros aineenpaksuudeltaan Pl. 60 mm koekappale saatiin hitsattua n. 39 % nopeammin verrattuna perinteiseen tandem -hitsaukseen. Kyseisellä aineenpaksuudella lisäainelangan kulutus oli n. 41 % ja jauheen kulutus n. 71 % pienempi verrattuna perinteiseen X- railohitsaukseen tandem -menetelmällä. Lisäksi tuli esille, että ”palkoa palonpäälle” -tekniikka on kapearailotekniikoista tehokkain, sillä 2 palkoa/palkokerros menetelmässä railon leveyttä jouduttiin leventämään, jolloin kapearailotekniikan pieni railotilavuus menetettiin. Lisäaineen kulutus tälläkin menetelmällä jäi pienemmäksi verrattuna X- railohitsaukseen. Ennalta pelättyä kuonan irtoamisongelmaa ei kapearailohitsauksessa havaittu, vaan kuona irtosi ongelmitta railon kyljistä. Lisäksi kapearailotekniikalla hitsattujen hitsien lujuudet olivat vertailukelpoiset tandem- ja yksilankamenetelmällä hitsattujen hitsien kanssa.

Improving Transportation and Warehousing Efficiency with Simulation-Based Decision Support Systems

Transportation and warehousing are large and growing sectors in the society, and their efficiency is of high importance. Transportation also has a large share of global carbondioxide emissions, which are one the leading causes of anthropogenic climate warming. Various countries have agreed to decrease their carbon emissions according to the Kyoto protocol. Transportation is the only sector where emissions have steadily increased since the 1990s, which highlights the importance of transportation efficiency. The efficiency of transportation and warehousing can be improved with the help of simulations, but models alone are not sufficient. This research concentrates on the use of simulations in decision support systems. Three main simulation approaches are used in logistics: discrete-event simulation, systems dynamics, and agent-based modeling. However, individual simulation approaches have weaknesses of their own. Hybridization (combining two or more approaches) can improve the quality of the models, as it allows using a different method to overcome the weakness of one method. It is important to choose the correct approach (or a combination of approaches) when modeling transportation and warehousing issues. If an inappropriate method is chosen (this can occur if the modeler is proficient in only one approach or the model specification is not conducted thoroughly), the simulation model will have an inaccurate structure, which in turn will lead to misleading results. This issue can further escalate, as the decision-maker may assume that the presented simulation model gives the most useful results available, even though the whole model can be based on a poorly chosen structure. In this research it is argued that simulation- based decision support systems need to take various issues into account to make a functioning decision support system. The actual simulation model can be constructed using any (or multiple) approach, it can be combined with different optimization modules, and there needs to be a proper interface between the model and the user. These issues are presented in a framework, which simulation modelers can use when creating decision support systems. In order for decision-makers to fully benefit from the simulations, the user interface needs to clearly separate the model and the user, but at the same time, the user needs to be able to run the appropriate runs in order to analyze the problems correctly. This study recommends that simulation modelers should start to transfer their tacit knowledge to explicit knowledge. This would greatly benefit the whole simulation community and improve the quality of simulation-based decision support systems as well. More studies should also be conducted by using hybrid models and integrating simulations with Graphical Information Systems.

Prosessihöyryn tuotannon kustannusoptimointi

Tässä työssä on tutkittu prosessihöyryn tuotantokustannusten optimointia Neste Oil Oy:n Naantalin jalostamolla. Työssä on keskitytty ennen kaikkea prosessi-höyryn tuotantoon öljynjalostamolla. Tavoitteena oli luoda yksinkertainen työkalu, jonka avulla voidaan vertailla höyryntuotantokustannuksia jalostamon tuotan-toyksiköissä. Samalla oli tarkoituksena kartoittaa höyryn tuotantomahdollisuudet yksiköissä. Työn tuloksena tehty Excel-pohjainen laskentataulukko on esitelty tässä työssä. Ohjelman tarkkuutta on mahdollista parantaa prosessikoeajojen avul-la. Jo nykyisellä laskentatarkkuudella ohjelma täyttää kuitenkin asetetut tavoitteet eli antaa mahdollisuuden vertailla helposti ja havainnollisesti tuotantokustannuksia yksiköiden välillä. Oman höyryntuotannon lisäksi Naantalin jalostamo ostaa höyryä viereiseltä Fortumin Naantalin voimalaitokselta. Ostohöyryn hinta on las-kettu työkalussa mukaan vertailuun. Työn perusteella ostohöyry on Naantalin ja-lostamon tapauksessa selkeästi omatuotantoa edullisempi vaihtoehto. Ero kustan-nuksissa syntyy käytettävästä polttoaineesta, joka jalostamon tapauksessa on ja-lostamo- eli polttokaasu. Nykyisen tasoisella raakaöljyn hinnalla tilanne säilynee tällaisena tulevaisuudessakin. Jalostamolta löytyi myös kohteita, joissa energiatehokkuutta on mahdollista kehit-tää nykyisen höyryverkon ulkopuolella. Esimerkkeinä tällaisista kohteista tässä työssä on tarkasteltu toisen jätelämpökattilan rakentamista nykyisen toiminnassa olevan rinnalle, sekä höyryturbiinien asentamista paineenalennuslinjoihin. Näistä hankkeista jätelämpökattila osoittautui erittäin suositeltavaksi investoinniksi.

Täyteainepitoisuuden ja retentioainesysteemin optimointi

Työssä tutkittiin tarrapaperikoneen pohjapaperin täyteainepitoisuuden nostamisen vaikutusta koneen ajettavuuteen ja paperin ominaisuuksiin. Työn tavoitteena oli löytää ne prosessitekniset keinot, joilla voitaisiin saavuttaa raskaiden pintapapereiden tavoitetuhkatasot. Lisäksi pyrittiin optimoimaan retentioaineiden annokset ja ajotavat korkeilla tuhkatasoilla. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin pinta- ja kolloidikemian perusteita sekä täyteainepitoisuuden vaikutusta paperin ominaisuuksiin ja prosessoitavuuteen. Lisäk-si syvennyttiin märänpään kemiaan selvittämällä mm. kalsiumkarbonaatin vesiliuoskemiaa ja erilaisten retentioaineiden ominaisuuksia ja niiden reaktiomekanismeja. Työn kokeellinen osa koostui kahdesta koeajosta. Ensimmäisessä koeajossa selvitettiin täyteainesaostumien muodostumismekanismeja ja paperikoneen ajettavuutta täyteainepitoisuutta nostettaessa yli raskaiden pintapapereiden tavoitetasojen. Saadut tulokset osoittivat, että märänpään kemiantila pysyi koeajon aikana muuttumattomana eikä mitään saostumien muodostumista havaittu. Täyteainepitoisuudessa päästiin 3 % yli lajikohtaisen tuhkatavoitteen ilman ajettavuusongelmia. Toisessa koeajossa keskityttiin erityisesti märänpään retentioaineiden määrien optimointiin ja paperin laatuominaisuuksiin. Koeajossa täyteainepitoisuutta nostettiin yli tavoitetasojen. Saadut tulokset osoittivat, että täyteainepitoisuuden nostolla ei ollut vaikutusta paperin laatuun tai paperikoneen ajettavuuteen. Massatärkkelyksen avulla pystyttiin korvaamaan kationisen polymeerin retentiovaste ja kompensoimaan täyteainepitoisuuden noston myötä tullut paperin lujuuksien lasku. Koeajoissa ja prosessin seurannassa tuli ilmi myös useita eri tekijöitä, joilla oli vaikutusta retentioon, retentioaineiden tehoon ja prosessin stabiilisuuteen. Tehdyistä yksittäisistä havainnoista on hyötyä pyrittäessä ymmärtämään märänpään prosessin tilaa ja sen vaikutusta paperikoneen ajettavuuteen. Työ saavutti sille asetetut tavoitteet ja sen ansiosta paperikoneen märänpään raaka-aineiden ja kemikaalien syöttösuhteita pystyttiin muuttamaan tavalla, joka vähensi paperinvalmistuksen kustannuksia ilman että paperin laatuominaisuudet huononivat.

Kompostipiireissä opittua : Eloperäiset jätteet kiertoon -hanke

Kompostien käyttöä on kokeiltu ja tutkittu Kainuun ELY-keskuksen Eloperäiset jätteet kiertoon -hankkeessa. Komposteja on hyödynnetty laskettelurinteen ja kaivosteollisuuden sivukiven läjitysalueen maisemoinnissa, pihanurmen ja energiakasvien kasvattamisessa, metsän lannoittamisessa ja maanviljelyssä. Pihanurmen perustamisen ja energiakasvien kasvattamisen kokeiluista on tehty myös erilliset tutkimukset. Tutkimustyöstä on vastannut MTT (Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus). Tutkimustieto on sisällytetty tähän julkaisuun. Kompostin käyttökokeissa ja tutkimuksissa on hyödynnetty Kainuun kuntien ja Kainuun jätehuollon kuntayhtymän Eko-Kympin komposteja. Kaikki kompostit ovat aumakompostoinnin tuotoksia. Eko-Kympin komposti on valmistettu biojätteistä. Muut kompostit ovat lähtöisin kunnallisten jätevedenpuhdistamoiden lietteistä. Kajaanin kompostia kutsutaan myös A. & E. Juntunen Oy:n valmistamaksi biomullaksi. Saatujen kokemusten ja tutkimusten mukaan aumakompostoinnilla tuotettu komposti soveltuu näihin erilaisiin käyttömuotoihin, etenkin kun esille tulleita kehittämistoimia toteutetaan. Sivukiven läjitysalueiden maisemoinnissa, maanviljelyssä ja metsän lannoittamisessa komposti ei tarvitse kivennäismaata seosaineeksi. Sivukiven läjitysalueilla ne kompostit, joihin oli sekoitettu hiekkaa, eivät pysyneet paikoillaan. Aines valui sadeveden mukana alas rinteeltä. Pelkkää kompostia käytettäessä kompostimassa pysyi aloillaan. Maanviljelyssä ja metsän lannoittamisessa kivennäismaa on tarpeeton. Lisäksi kompostissa oleva kiviaines kuluttaa ja voi vaurioittaa levityslaitteita. Ravinteet vapautuvat kompostista hitaasti kasvien käyttöön. Kemiallisilla lannoitteilla on nopeampi vaikutus. Kompostit soveltuvat erityisen hyvin ympäristöihin, joissa täydennyslannoitusta ei tarvita tai joissa lannoite on vaikeaa levittää. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi kaivosten sivukiven tai rikastushiekan läjitysalueet tai muut vaikeakulkuiset kohteet. Myös metsien lannoittaminen ja maanviljely ovat Kainuussa kompostien hyödyntämisen osalta alihyödynnettyjä. Pöyry Finland Oy on laatinut Kajaaniin kaavaillulle biologiselle jätteiden käsittelylaitokselle teknistaloudelliset suunnitelmat. Yhtiön tekemissä suunnitelmissa tulee ilmi, että kaikkien Kainuun lietteiden aumakompostointi tuottaisi kompostia 13 000 tonnia vuodessa, kun tukiaine seulotaan erilleen. Mädätys- tai biokaasulaitosvaihtoehdoissa lopputuotteen määrä on edellistä pienempi. Pelkkien Kainuun lietteiden mädättäminen tuottaisi kompostia jälkikompostin seulonnan jälkeen 6 600 tonnia. Viherrakentaminen taajamissa on komposteille Kainuussa yleinen käyttömuoto. Sillä on kasvun edellytyksiä etenkin, kun kompostin laatuun panostetaan. Viherrakentaminen Kajaanin seudulla riittäisi kuluttamaan kaiken Kainuussa muodostuvan kompostin, kun kompostimullan kulutuksena pidetään 0,5 tonnia asukasta kohden vuodessa. Tämä vastaa Kajaanin seudulla 27 000 tonnin kompostimäärää. Kompostin muodostumismäärä ei tulevaisuudessa tule olemaan lähellä tätä laskennallista multamenekkiä. Kompostin huono menekki johtuu joidenkin kuntien osalta pikemminkin huonosta kompostin laadusta kuin markkinoiden kyllästymisestä. Tilanne on korjaantumassa suunnitteilla olevan biologisen jätteiden käsittelylaitoksen myötä. Siinä kompostituotteen laatuun voidaan panostaa tehokkaammin kuin erillisillä pienillä kompostointikentillä.

Arvometallien liuospuhdistus jatkuvatoimisella ioninvaihdolla

Työn tarkoituksena oli tutkia arvometalleja sisältävän liuoksen puhdistamista jat-kuvatoimisella ioninvaihdolla. Teoriaosassa käsitellään ioninvaihdon periaate, sekä jatkuvatoimisen ioninvaihdon laiteratkaisuja ristivirta- ja vastavirtasysteemeissä. Lopuksi esitellään Simuloidun liikkuvapedin (SMB) virtausnopeuksien laske-miseksi käytettävä kolmiomenetelmä. Kokeellisen osan tarkoituksena on demonstroida laboratorioon rakennetun jatku-vatoimisen ioninvaihtimen, Simuloidun liikkuvapedin, käyttö arvometallia sisäl-tävän liuoksen puhdistamiseksi kahdenarvoisista metalli-ioneista. Kokeissa käy-tettiin hopeaa sisältävää NaCl-liuosta, josta pyrittiin puhdistamaan Mg2+, Ca2+, Pb2+ ja Zn2+-ionit ekstraktina. Laitteistolla suoritettiin kolme ajoa, joista kaksi edusti vastavirtasysteemiä ja yksi ristivirtasysteemiä. Ensimmäisessä vastavirta-ajossa sekä ekstrakti että raffinaattin erottuva hopealiuos tulivat puhtaina. Toisessa vastavirta-ajossa pyrittiin parantamaan tuottavuutta nostamalla syötön virtausnopeutta, jolloin raffinaatin puhtaus kärsi Pb2+ ja Mg2+-ionien kulkeutuessa liuosfaasin mukana raffinaattiin. Ristivirta-ajossa vain yksi kolmesta raffinaatista saavutti 100 % puhtauden. Kokeet osoittivat, että Mg2+, Ca2+, Pb2+ ja Zn2+-ionien erottaminen hopeaionista on mahdollista käyttämällämme SMB-laitteistolla. Tuottavuuden parantaminen syötön virtausnopeutta nostamalla kuitenkin heikentää puhtautta. Cross-flow-systeemin erilleenkytkettyjen kolonnien ansioista painehäviö on pienempi, mikä mahdollistaa korkeammat virtausnopeudet, mikäli ei vaadita 100 % puhtautta.

Kartongin reunaimeytymän hallittavuus

Kuppikartongin yksi tärkeimmistä ominaisuuksista on reunaimeytymän vastustuskyky, joka tulee olla riittävällä tasolla laadun takaamiseksi. Koska yksinkertainen juomakuppi on bulkki¬tuote, ei sen raakareunaa kannata taloudellisuuden vuoksi suojata tätä varten kehitellyillä menetelmillä vaan itse kartongin tulee vastustaa nesteitä riittävässä määrin. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää hydrofobointiin käytettävän massaliiman (hartsi) sekä pintaliiman joukkoon annosteltavan lisäaineen välinen optimaalinen suhde parhaan vastustuskyvyn saavuttamiseksi. Lisäksi selvitettiin joidenkin liimapuristimen ajo-olosuhteiden vaikutusta pintaliiman pick-upiin sekä koneen pH-tason oikeellisuus. Jauhatuksen vaikutusta tutkittiin lähinnä historiatietojen avulla. Tutkimus koostui viidestä tehdasmittakaavaisesta koeajosta, joiden avulla selvitettiin muuttujien vaikutus sisäisellä reunaimeytymän määritysmenetelmällä sekä määrittä¬mällä koepisteistä kulloinkin mielenkiinnon kohteena olleet kemikaalipitoisuudet. Viimeisen koeajon koepisteet jalostettiin lisäksi valmiiksi kupeiksi. Käytetty reunaimeytymän määritysmenetelmä osoittautui virhealttiiksi eivätkä raakakartongista tehtyjen määritysten tulokset korreloineet kovinkaan voimakkaasti PE-päällystettyjen näytteiden kanssa. Menetelmän kehitystä on viety eteenpäin tämän työn rinnalla ja työ jatkuu edelleen. Lisäksi kartongin hartsipitoisuusmääritysten tuloksista paljastui ristiriitaisuuksia, joiden vuoksi menetelmää uusittiin voimakkaasti. Reunaimeytymän vastustuksen riittävyydeksi koneella käytettävien massaliima-annosten tulee olla vähintään valitulla nollatasolla kaikissa kerroksissa ja pintaliiman lisäaine tulee pitää käytössä. Mikäli lisäaine jätetään pois käytöstä, tulee massaliima-annokset olla hyvin korkeita, eikä tämäkään takaa täysin reunaimeytymätöntä lopputuotetta. Lisäaineen ollessa käytössä ei suuremmalla massaliima-annoksella ole puolestaan merkittävää vaikutusta. Konetta ajetaan nykyisin hyvin alhaisella pH-tasolla, mutta tason nostaminen aiheuttaa selvän liimauksen heikkenemisen. Liimapuristimelle tulevan radan kosteudella ja pintaliiman kuiva-aineella ei näyttäisi olevan vaikutusta kartongin reunaimeytymän vastustuskykyyn. Myöskään taustakerroksen koivun jauhatusasteella ei ole merkitystä alueella, jolla koneella operoidaan. CTMP-massan jauhatuksen tulee sen sijaan olla riittävä, jotta keskikerrokseen ei synny yksittäisiä, pitkiä imeytymiä.

Electro-Oxidation Treatment of Pulp and Paper Mill Circulating Waters and Wastewaters

Interest in water treatment by electrochemical methods has grown in recent years. Electrochemical oxidation has been applied particularly successfully to degrade different organic pollutants and disinfect drinking water. This study summarizes the effectiveness of the electrochemical oxidation technique in inactivating different primary biofilm forming paper mill bacteria as well as sulphide and organic material in pulp and paper mill wastewater in laboratory scale batch experiments. Three different electrodes, borondoped diamond (BDD), mixed metal oxide (MMO) and PbO2, were employed as anodes. The impact on inactivation efficiency of parameters such as current density and initial pH or chloride concentration of synthetic paper machine water was studied. The electrochemical behaviour of the electrodes was investigated by cyclic voltammetry with MMO, BDD and PbO2 electrodes in synthetic paper mill water as also with MMO and stainless steel electrodes with biocides. Some suggestions on the formation of different oxidants and oxidation mechanisms were also presented during the treatment. Aerobic paper mill bacteria species (Deinococcus geothermalis, Pseudoxanthomonas taiwanensis and Meiothermus silvanus) were inactivated effectively (>2 log) at MMO electrodes by current density of 50 mA/cm2 and the time taken three minutes. Increasing current density and initial chloride concentration of paper mill water increased the inactivation rate of Deinococcus geothermalis. The inactivation order of different bacteria species was Meiothermus silvanus > Pseudoxanthomonas taiwanensis > Deinococcus geothermalis. It was observed that inactivation was mainly due to the electrochemically generated chlorine/hypochlorite from chloride present in the water and also residual disinfection by chlorine/hypochlorite occurred. In real paper mill effluent treatment sulphide oxidation was effective with all the different initial concentrations (almost 100% reduction, current density 42.9 mA/cm2) and also anaerobic bacteria inactivation was observed (almost 90% reduction by chloride concentration of 164 mg/L and current density of 42.9 mA/cm2 in five minutes). Organic material removal was not as effective when comparing with other tested techniques, probably due to the relatively low treatment times. Cyclic voltammograms in synthetic paper mill water with stainless steel electrode showed that H2O2 could be degraded to radicals during the cathodic runs. This emphasises strong potential of combined electrochemical treatment with this biocide in bacteria inactivation in paper mill environments.

Pressure drop coefficients for elliptic and circular sections in one, two and three-row arrangements of plate fin and tube heat exchangers

The objective of the present work is the experimental determination of pressure drop coefficients (loss coefficients) for elliptic and circular sections in one, two and three-row arrangements of plate fin and tube heat exchangers. The experiments permitted to correlate the dimensionless loss coefficient with the flow Reynolds number in the rectangular channel formed by the plate fins. The experimental technique consisted of the measurement of the longitudinal pressure distribution along the flow channel, for several values of air mass flow rate. The total number of data runs, each one characterized by the flow Reynolds number, was 216. The present geometry is used in compact heat exchangers for air conditioning systems, heaters, radiators, and others. Also, it is verified the influence of the utilization of elliptic tubes, instead of circular ones, in the pressure drop. The measurements were performed for Reynolds numbers ranging from 200 to 1900.

Chaotic Behaviour of Active Magnetic Bearing System by Time Series Analysis

Chaotic behaviour is one of the hardest problems that can happen in nonlinear dynamical systems with severe nonlinearities. It makes the system's responses unpredictable. It makes the system's responses to behave similar to noise. In some applications it should be avoided. One of the approaches to detect the chaotic behaviour is nding the Lyapunov exponent through examining the dynamical equation of the system. It needs a model of the system. The goal of this study is the diagnosis of chaotic behaviour by just exploring the data (signal) without using any dynamical model of the system. In this work two methods are tested on the time series data collected from AMB (Active Magnetic Bearing) system sensors. The rst method is used to nd the largest Lyapunov exponent by Rosenstein method. The second method is a 0-1 test for identifying chaotic behaviour. These two methods are used to detect if the data is chaotic. By using Rosenstein method it is needed to nd the minimum embedding dimension. To nd the minimum embedding dimension Cao method is used. Cao method does not give just the minimum embedding dimension, it also gives the order of the nonlinear dynamical equation of the system and also it shows how the system's signals are corrupted with noise. At the end of this research a test called runs test is introduced to show that the data is not excessively noisy.

Anti-predator adaptations in aquatic environments

Predation is an important selective force that has led to the evolution of a variety of fascinating anti-predator adaptations, such as many types of protective coloration and prey behaviours. Because the evolution of life has begun in the aquatic environment and many anti-predator adaptations are found already in relative primitive taxa, it is likely that many of these adaptations evolved initially in the aquatic environment. Yet, there has been surprisingly little research on the mechanisms and function of antipredator adaptations in aquatic systems. To understand the function of anti-predator adaptations and natural selection imposed on prey appearance and behaviour, I have investigated how protective coloration can be used, either as such or together with behavioural adaptations, to manipulate predator behaviour and decrease predation risk. To this end I conducted a series of behaviour ecological laboratory experiments in which I manipulated the visual appearance of artificial backgrounds and prey items. In paper I of this thesis, I investigated background choice as an anti-predator strategy, by observing the habitat choice of the least killifish (Heterandria formosa) between pairs of artificial backgrounds, both in the presence and absence of predation threat. It has been suggested that prey could decrease their risk of being detected by predators either by preferring backgrounds into which they blend or by preferring visually complex backgrounds. The least killifish preferred a background that matched their patterning to a background that mismatched it, showing that they are able to respond to cues of visual similarity between their colour pattern and the surrounding environment. Interestingly however, in female least killifish visual complexity of the background was a more important cue for habitat safety and may override or act together with background matching when searching for a safe habitat. It is possible that in females, preference for visually complex backgrounds is associated with lower opportunity costs than preference for matching backgrounds would be. Generally, the least killifish showed stronger preference while under predation threat, indicating that their background choice behaviour is an antipredator adaptation. Many aquatic prey species have eyespots, which are colour patterns that consist of roughly concentric rings and have received their name because they for humans often resemble the vertebrate eye. I investigated the anti-predator function of eyespots against predation by fish in papers II, III and IV. Some eyespots have been suggested to benefit prey by diverting the strikes of predators away from vital parts of the prey body or towards a direction that facilitates prey escape. Although proposed over a century ago, the divertive effect of eyespots has proven to be difficult to show experimentally. In papers II and III, I tested for divertive effect of eyespots towards attacking fish by presenting artificial prey with eyespots to laboratory reared three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus). I found that eyespots strongly influenced the behaviour of attacking sticklebacks and effectively drew their strikes towards the eyespots. To further investigate this divertive effect and whether the specific shape of eyespots is important for it, I tested in paper III the response of fish also to other markings than eyespots. I found that eyespots were generally more effective in diverting the first strikes of attacking fish compared to other prey markings. My findings suggest that the common occurrence of eyespots in aquatic prey species can at least partly be explained by the divertive effect of the eyespot shape, possibly together with the relative simple developmental mechanisms underlying circular colour patterns. An eyebar is a stripe that runs through the eye, and this pattern has been suggested to obscure the real eyes of the prey by visually blending parts of the eyes and head of the prey and by creating false edges. In paper III, I show that an eyebar effectively disrupts an eyelike shape. This suggests that eyebars provide an effective way to conceal the eyes and consequently obstruct detection and recognition of prey. This experiment also demonstrates that through concealment of the eyes, eyebars could be used to enhance the divertive effect of eyespots, which can explain the common occurrence of eyebars in many species of fish that have eyespots. Larger eyespots have been shown to intimidate some terrestrial predators, such as passerine birds, either because they resemble the eyes of the predator’s own enemy or because highly salient features may have an intimidating effect. In papers II and IV, I investigated whether the occurrence of eyespots in some aquatic prey could be explained by their intimidating effect predatory fish. In paper IV, I also investigated the reason for the intimidating effect of eyelike prey marks. In paper II, I found no clear intimidating effect of eyespots, whereas in paper IV, using a different approach, I found that sticklebacks hesitated to attack towards eyelike but not towards non-eyelike marks. Importantly, paper IV therefore presents the first rigorous evidence for the idea that eye mimicry, and not merely conspicuousness, underlies the intimidating effect. It also showed that the hesitation shown by fish towards eyelike marks is partly an innate response that is reinforced by encounters with predators. Collectively, this thesis shows that prey colour pattern and the visual appearance of the habitat influence the behaviour of fish. The results demonstrate that protective coloration provides numerous distinctive ways for aquatic prey to escape predation. Thus, visual perception and behaviour of fish are important factors shaping the appearance and behaviours of aquatic prey.

Steganografia ja kuvien digitaalinen vesileimaus

Steganografian tarkoituksena on salaisen viestin piilottaminen muun informaation sekaan. Tutkielmassa perehdytään kirjallisuuden pohjalta steganografiaan ja kuvien digitaaliseen vesileimaamiseen. Tutkielmaan kuuluu myös kokeellinen osuus. Siinä esitellään vesileimattujen kuvien tunnistamiseen kehitetty testausjärjestelmä ja testiajojen tulokset. Testiajoissa kuvasarjoja on vesileimattu valituilla vesileimausmenetelmillä parametreja vaihdellen. Tunnistettaville kuville tehdään piirreirrotus. Erotellut piirteet annetaan parametreina luokittimelle, joka tekee lopullisen tunnistamispäätöksen. Tutkimuksessa saatiin toteutettua toimiva ohjelmisto vesileiman lisäämiseen ja vesileimattujen kuvien tunnistamiseen kuvajoukosta. Tulosten perusteella, sopivalla piirreirrottimella ja tukivektorikoneluokittimella päästään yli 95 prosentin tunnistamistarkkuuteen.